Untersuchungen neuer Aluminium-Quellen für das epitaktische Wachstum von AlGaAs mittels MOMBE

König, F.

Book/Report

FZJ-2018-03652

Untersuchungen neuer Aluminium-Quellen für das epitaktische Wachstum von AlGaAs mittels MOMBE

König, F. (Corresponding author)FZJ*

1991
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2542, 73 p. (1991)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19049

Report No.: Juel-2542

Abstract: Das Bestreben, hochwertige AlGaAs-Schichten mittels metallorganischer Molekularstrahlepitaxie herstellen zu können beruht auf der wünschenswerten Kombinationder Potentiale der AIGaAs/GaAs-hleterostrukturen in der Opto- oder Mikroelektronik mit den far die MOMBE spezifischen Vorzüge wie Selektivität des Wachstums, Kohlenstoffdotierung etc.. Wegen der Unzulänglichkeit der üblicherweise zum Einsatz kommenden Aluminiumverbindungen werden im Rahmen dieser Arbeit drei grundlegende Ansätze für alternative Aluminiumquellen untersucht. Neben der generellen Epitaxietauglichkeit der Quellen sowie deren Einfluß auf die Qualität der Heterostrukturen werden bei der Auswahl der Al-Verbindungen zwei wichtige Aspekte beriicksiehtigt. Während mit höhenmolekularen Alkylen (TiBAl) eine Reduktion des Kohlenstoffeinbaues angestrebt wird, soll die koordinative Absättigung der Al-Verbindung (APAB) eine Reduktion der Sauerstoffaufnahme bewirken. Eine dritte Ausgangsverbindung ) vereinigt beide Ansätze in ihrer Struktur. Ober einen weiten Bereich der experimentellen Parameter (Temperatur, V/III-Verhältnis und Al-Anteil) wurden mit diesen Quellenmaterialien vergleichende Untersuchungen an AlGaAs-Schichten und GaAs/AlGaAs Heterostrukturen durchgeführt. Die Einflüsse der verschiedenen Konzepte können eindeutig festgestellt werden. Sowohl der Ansatz höhenmolekularer Alkyle als auch die koordinative Absättigung werden bestätigt. Die mittels TiBAl erzielten Resultate belegen eindrucksvoll, daß eine hohe Affinität der Al-Quelle zum Sauerstoff nicht zwingend mit einem hohen Sauerstoffgehalt der AlGaAs-Schichten einhergehen muß. Mit dieser reaktiven Quelle konnten aufgrund sorgfältiger Synthese AlGaAs Schichten mit geringeren Sauerstoffkonzentrationen ([O] $\approx$ 10$^{18}$ cm$^{-3}$ für Al$_{3}$Ga$_{7}$As) hergestellt werden als mit der abgesättigten, aber nicht so sorgfältig synthetisierten APAH-Verbindung. Auch mit dem abgesättigten TMAAl konnten nur Konzentrationen von ca. [O] $\approx$10$^{18}$ cm$^{-3}$ für Al$_{3}$Ga$_{7}$As erzielt werden, was belegt, daß die Basenstabilisierung keinen prinzipiellen Vorteil aufweißt, auch wenn ein reproduzierbarer Qualitätsstandard hier leichter zu erreichen ist. Die Basenabsättigung wurde in den beiden vorliegenden Fällen (APAH, TMAAl) mittels Stickstoff etabliert und führt zu nachweisbarer Inkorporation des isoelektronischenStickstoffs. Im binären AlAs werden für APAH Konzentrationen von [N] $\approx$ 10$^{20}$ cm$^{-3}$ und für TMAAl Konzentrationen von [N] $\approx$ 10$^{18}$ cm$^{-3}$ festgestellt, während TiBAl Schichten unterhalb der Nachweisgrenze von [N] $\approx$ 3x10$^{17}$ cm$^{-3}$ bleiben. Die höchsten Kohlenstoffkonzentrationen werden erwartungsgemäß im Falle des APAH festgestellt. Trotz nicht vorhandener Al-C-Bindungen zeigen auch die mit TMAAl abgeschiedene Schichten signifikante Kohlenstoffkonzentrationen, deren Ursprung durch Studien am binären AlAs dem Methyladdukt zugeordnet werden können. Für Al$_{3}$Ga$_{7}$As werden mit TiBAl die niedrigsten bisher in der MOMBE erreichten Hintergrunddotierungen erzielt (p $\approx$ 1 x 10$^{16}$ cm$^{-3}$). Die vorliegende Studie zeigt, daß neben den quellenspezifischen Verunreinigungen auch die Wachstumskinetik der Quellen Berücksichtigung finden muß. Die Materialkombination TiBAl/TEGa zeigt aufgrund vergleichbarer Molekülstruktur einen ausgeprägten kinetisch kontrollierten Bereich sowie unabhängiges Verhalten der binären Wachstumsraten im AlGaAs. Dagegen werden in Verbindung mit TEGa sowohl mit APAH als auch mit TMAAl wechselseitige Beeinflussungen der Wachstumsraten beobachtet, die auf Verdrängungs- bzw. Austauschmechanismen beruhen. Einflüsse der Wachstumskinetik und der Verunreinigungen finden sich auch in der Qualität der Heterostrukturen wieder, wo an Quantentopfstrukturen die besten Ergebnisse mit TiBAl erzielt werden. Hier kann die Grenzflächenrauhigkeit unter der Annahme einer lateralen Inselgröße von kleiner als den Exzitonendurchmesser zu kleiner als einer Monolage bestimmt werden. Aufgrund der in dieser direkt vergleichenden Studie gewonnenen Erkenntnisse können die in den drei Quellenmaterialien realisierten grundlegenden Überlegungen beurteilt werden. DieAuswirkungen der unterschiedlichen Ansätze werden deutlich und die hieraus erlangten Einsichten können zu der Definition eines Anforderungsprofil zukünftiger Quellen beitragen. Mit TIBAl wurden bezüglich aller Schichteigenschaften die besten Ergebnisse erzielt und der bisherige Literaturstand für MOMBE-Schichten konnte deutlich verbessert werden. Die Qualität der elektrischen Eigenschaften und der Quantentopfstrukturen von MBE-Schichten wurde erstmals annähernd erreicht. Die AlGaAs-Schichten der MOMBE können derzeit jedoch nur dort konkurenzfähig sein, wo neben der Schichtqualität die bereits erwähnten spezifischen Vorteile dieses Epitaxieverfahrens eingebracht werden können.

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